DE705766C - Process for the production of radiators for indirectly heated cathodes from a durctile, low-melting metal - Google Patents

Process for the production of radiators for indirectly heated cathodes from a durctile, low-melting metal

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DE705766C DER91957D DER0091957D DE705766C DE 705766 C DE705766 C DE 705766C DE R91957 D DER91957 D DE R91957D DE R0091957 D DER0091957 D DE R0091957D DE 705766 C DE705766 C DE 705766C
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Description

Der übliche Heizkörper für Oxydkathoden bestellt aus einer induktionsfreien Kehrwendel aus Wolframdraht, die mit einem isolierenden Überzug· aus einem Gemisch von AIuminiumoxyd und ungefähr 2 0/0 Talk oder Kieselerde bedeckt ist. Die Isolation dieser Heizwendel wird bei hohen Temperaturen brüchig·, so daß Leckströme zwischen der Kathodenhülse und dem Heizdraht übergehenThe usual heater for oxide cathodes ordered from an induction-free spiral made of tungsten wire with an insulating coating made of a mixture of aluminum oxide and covered about 2% talc or silica. The insulation of this heating coil is at high temperatures brittle so that leakage currents pass between the cathode sleeve and the heating wire

to können.to can.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Heizkörpern wird ein Gemisch von fein, gemahlenem Aluminiumoxyd und etwa 2 0/0 Talk oder Kieselerde mit einer Lösung von Nitrocellulose verrührt, so daß sich eine sirupartige Suspension bildet, die auf die Wolframwendel aufgespritzt wird. Die so überzogene Wendel wird dann 5 bis 10 Minuten lang in einem Wasserstoffofen aufIn a known method for producing radiators, a mixture of finely ground aluminum oxide and about 2% talc or silica with a Stirred solution of nitrocellulose, so that a syrupy suspension is formed which is sprayed onto the tungsten filament. The helix coated in this way is then 5 to 10 In a hydrogen oven for minutes

so 1400 bis 16000 C erhitzt. Bei dieser Temperatur erhärtet der Überzug auf dem Wolframdraht, der selbst duktil bleibt. Man hat es bisher für erforderlich gehalten, dem Aluminiumoxyd etwas Talk, Kieselerde oder einen ähnlichen Stoff, der bei ungefähr 14000 C weich wird, beizumischen, um einen festen Isolationsüberzug bei einer Temperatur zu erhalten, bei der der Wolframdraht duktil bleibt. Aluminiumoxyd, das frei von Talk oder Kieselerde ist, sintert und bildet eine zusammenhängende Schicht, wenn es auf 18000C oder mehr erhitzt wird; wenn die Heizwendeln in einem Wasserstoffofen bis zur Sinterungstemperatur des Aluminiumoxyds erhitzt wurden, wurde der Wolframheiz draht sehr spröde und praktisch unverwendbar. Trotzdem geht ein bekannter Vorschlag dahin, als Baustoff für die Isolierschicht einer mittelbar geheizten Kathode die reinen Oxyde dies Berylliums, Zirkons, Scandiums oder Aluminiums zu verwenden und diese mit Wasser unter Zusatz von Säure zu einem Brei anzurühren, der auf den Wolframheizdraht aufgespritzt wird. Hierdurch erzielte man zwar eine hochwertige elektrische Isolation, mußte aber eine Verringerung der Festigkeit des Kerndrahtes in Kauf nehmen. Es ist ferner bekannt, auf einen Wolframheizdraht ein Gemisch aus calciniertem Aluminiumoxyd und einer geringen Menge Natriumsilicat aufzu-heated in this way from 1400 to 1600 ° C. At this temperature the coating hardens on the tungsten wire, which itself remains ductile. It has hitherto been considered necessary to add some talc, silica or a similar substance which softens at approximately 1400 ° C. to the aluminum oxide in order to obtain a solid insulation coating at a temperature at which the tungsten wire remains ductile. Aluminum oxide, which is free from talc or silica, sinters and forms a cohesive layer when it is heated to 1800 ° C. or more; When the heating coils were heated in a hydrogen furnace to the sintering temperature of the aluminum oxide, the tungsten heating wire became very brittle and practically unusable. Nevertheless, a well-known proposal is to use the pure oxides of beryllium, zirconium, scandium or aluminum as the building material for the insulating layer of an indirectly heated cathode and to mix this with water with the addition of acid to form a paste that is sprayed onto the tungsten heating wire. In this way, a high-quality electrical insulation was achieved, but a reduction in the strength of the core wire had to be accepted. It is also known to use a mixture of calcined aluminum oxide and a small amount of sodium silicate on a tungsten heating wire.

tragen und ihn dann in einer Wasserstoffatmosphäre auf iooo'C zu erhitzen. Auch dieses Verfahren war auf die Erzielung" einer großen Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isolation abgestellt, ohne Rücksicht auf den Kerndraht.and then to heat it to 100 ° C in a hydrogen atmosphere. Even this method was aimed at achieving "great thermal and electrical conductivity Isolation turned off, regardless of the core wire.

Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung von Heizkörpern aus einem duktilen, schwer schmelzenden Metall, wie z. B. Wolfram, mit ίο einer gesinterten Isolation aus Ahtminiumoxyd mit höchstens o,5°/o Verunreinigungen in· der Weise, daß der Heizdraht mit einer Suspension des Aluminiumoxyds in einem geeigneten organischen Bindemittel, z. B. in is Nitrocellulose, überzogen und in einer möglichst viel Wasserdampf enthaltenden Wasserstoffatmosphäre bei etwa i8oo° C geglüht wird, bis der Isolierstoff zu einer zusammen hängenden Schicht zusammensintert. Ver ao suche haben gezeigt, daß der Wolframdraht unter diesen Bedingungen seine Duktilität beibehält, selbst wenn er mit einer dichten zusammenhängenden Schicht aus gesintertem reinem Aluminiumoxyd bekleidet ist. as Bei einem praktisch ausgeführten Verfahren wurde Aluminiumoxyd verwendet, das 0,2u,o oder weniger Verunreinigungen enthielt. Dieses Oxyd, das im allgemeinen durch Trocknen von gefälltem Hydroxyd hergestellt wird, ist in Pulverform unter der Bezeichnung »chemisch reines Aluminiumoxyd« im Handel. Dieses gepulverte Aluminiumoxyd wird zweckmäßig auf etwa 16000C erhitzt, bis es etwas zusammenschrumpft und etwas dichter wird; dann wird es etwa 18 Stunden in einer Kugelmühle zu einem feinen Pulver gemahlen, dessen durchschnittliche Korngröße etwa 0,05 mm und dessen größte Korngröße nicht mehr als das Dreifache beträgt. Dieses feine Pulver wird in einer Lösung von Nitrocellulose aufgeschwemmt, die etwa die. Dichte und Zähigkeit von dünnem Sirup hat. Zweckmäßig wird die Suspension mit der kleinsten Menge von Lösung bereitet, die noch eine glatte gleichmäßige Oxydschicht ergibt, wenn die Suspension auf den Wolframheizdraht aufgespritzt wird. Diese aufgespritzte Schicht hat eine Dicke von 0,1 bis 0,2 mm.According to the invention, the production of radiators from a ductile, low-melting metal, such as. B. tungsten, with ίο a sintered insulation made of Ahtminiumoxyd with a maximum of 0.5% impurities in the way that the heating wire with a suspension of aluminum oxide in a suitable organic binder, for. B. in is nitrocellulose, coated and annealed in a hydrogen atmosphere containing as much water vapor as possible at about i8oo ° C until the insulating material sintered together to form a coherent layer. Tests have shown that the tungsten wire retains its ductility under these conditions, even when it is clad with a dense, coherent layer of sintered pure aluminum oxide. As a practical procedure, alumina was used, which contained 0.2 µ, 0 or less impurities. This oxide, which is generally produced by drying precipitated hydroxide, is commercially available in powder form under the name "chemically pure aluminum oxide". This powdered aluminum oxide is expediently heated to about 1600 ° C. until it shrinks somewhat and becomes somewhat denser; then it is ground in a ball mill for about 18 hours to a fine powder, the average grain size of which is about 0.05 mm and the largest grain size of which is no more than three times. This fine powder is suspended in a solution of nitrocellulose that is about the. Has the density and toughness of thin syrup. The suspension is expediently prepared with the smallest amount of solution which still results in a smooth, uniform oxide layer when the suspension is sprayed onto the tungsten heating wire. This sprayed-on layer has a thickness of 0.1 to 0.2 mm.

Der so behandelte Wolframdraht wird nun getrocknet, und zwar- erhitzt man ihn zweckmäßig für kurze Zeit auf 100° C und dann in einem elektrischen Ofen in einer Wasserstoff atmosphäre S bis 10 Minuten lang auf etwa 18000C. Zu diesem Zwecke werden die überzogenen Heizwendeln zweckmäßig in Molybdänschiffchen gelegt, die durch die Wasserstoffatmosphäre hindurchgeschoben werden. Diese Wasserstoffatmosphäre wird, während die Heizdrähte erhitzt werden, sehr feucht, praktisch so feucht wie möglich, gehalten. Zum Anfeuchten lal.it man den Wasserstoff durch Wasser von etwa 50 bis 55° C hindurchströmen. Bei der Erhitzung in dieser sehr feuchten Wasserstoffatmosphäre bleibt der Wolframdraht duktil, und die Teilchen des reinen Aluminiumoxyds sintern zu einer dichten zusammenhängenden Schicht zusammen, die an dem Draht haftet. Dem freien Auge erscheint diese Schicht glatt und gleichförmig, während unter dem Mikroskop die Teilchen des Aluminiumoxyds als zu einer zusammenhängenden Schicht zusammengesintert erscheinen. Beim Sintern schmelzen die Teilchen nicht und fließen nicht zusammen, sondern sie werden nur an ihrer Oberfläche etwas weich und backen zusammen. Bei der Sintertemperatur werden Alkalimetalle und ähnliche Verunreinigungen aus dem AIu-' miniumoxyd praktisch ausgetrieben, und es entsteht auf dem duktilen Draht eine Iso- ·« liersGhicht, die im wesentlichen aus reinem Aluminiumoxyd besteht und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.The thus-treated tungsten wire is then dried and zwar- heating it convenient for a short time to 100 ° C and then in an electric furnace in a hydrogen atmosphere S to 10 minutes at about 1800 0 C. To this end, the coated heating coils expediently placed in molybdenum boats that are pushed through the hydrogen atmosphere. This hydrogen atmosphere is kept very humid, practically as humid as possible, while the heating wires are being heated. For moistening, the hydrogen is flown through water at about 50 to 55 ° C. When heated in this very humid hydrogen atmosphere, the tungsten wire remains ductile and the particles of pure aluminum oxide sinter together to form a dense, coherent layer that adheres to the wire. To the naked eye this layer appears smooth and uniform, while under the microscope the particles of aluminum oxide appear to have sintered together to form a coherent layer. During sintering, the particles do not melt and do not flow together, they just become somewhat soft on their surface and bake together. At the sintering temperature, alkali metals and similar impurities are practically expelled from the aluminum oxide, and an insulating layer is formed on the ductile wire, which consists essentially of pure aluminum oxide and has very low electrical conductivity.

Wenngleich duktiler Wolframdraht als Kerndraht bevorzugt wird, kann man auch Molybdän oder ein anderes duktiles Metall mit hohem Schmelzpunkt verwenden. Anstatt reines Aluminiumoxyd mit Nitrocellulose zu mischen und auf den Draht aufzuspritzen, kann es auch mit Mehlkleister gemischt und zu einem Stab geformt werden, der sich als Kern für die Wendel eignet. Ein solcher Stab, der bei 18oo° C oder mehr in sehr feuchtem Wasserstoff erhitzt wird, ist sehr fest. Ein Heizkörper aus einer nach dem erstbeschriebenen Verfahren hergestellten Heizwendel und einem nach dem obigen Verfahren hergestellten Kernstäbchen ist sehr widerstandsfähig und hat den Vorteil, daß sowohl der Kern als auch der Überzug aus '00 reinem Aluminiumoxyd besteht.While ductile tungsten wire is preferred as the core wire, one can Use molybdenum or another ductile metal with a high melting point. Instead of to mix pure aluminum oxide with nitrocellulose and spray it on the wire, it can also be mixed with flour paste and shaped into a stick that can be used as a Core suitable for the helix. Such a rod that at 180 ° C or more in very When heated with moist hydrogen, it is very solid. A radiator from one after the other first-described method and a heating coil produced by the above method made core rods is very robust and has the advantage that both the core and the cover are made of '00 pure aluminum oxide.

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: i. Verfahren zur Herstellung von Heiz- >°5 körpern für mittelbar geheizte Kathoden aus einem duktilen, schwer schmelzenden Metall, wie z. B. Wolfram, mit einer gesinterten Isolation aus Aluminiumoxyd mit höchstens 0,50/0 Verunreinigungen, da- no durch gekennzeichnet, daß der Heizdraht mit einer Suspension des Aluminiumoxyds in einem geeigneten organischen Bindemittel, z. B. Nitrocellulose, überzogen und in einer möglichst viel Wasserdampf enthaltenden Wasserstoffatmosphäre bei etwa 18000C geglüht wird, bis der Isolierstoff zu einer zusammenhängenden Schicht gesintert ist.i. Process for the production of heating> ° 5 bodies for indirectly heated cathodes from a ductile, low-melting metal, such as. B. tungsten, with a sintered insulation made of aluminum oxide with a maximum of 0.50 / 0 impurities, da- no characterized in that the heating wire with a suspension of aluminum oxide in a suitable organic binder, eg. B. nitrocellulose, coated and annealed in a hydrogen atmosphere containing as much water vapor as possible at about 1800 0 C until the insulating material is sintered into a cohesive layer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch no gekennzeichnet, daß zur möglichsten Anreicherung mit Wasserdampf der im Sinter-2. The method according to claim 1, characterized in no characterized that for the greatest possible enrichment with water vapor, the sintering ofen verwendete Wasserstoff vorher durch Wasser von 50 bis 550C geleitet wird.Oven used hydrogen is passed through water from 50 to 55 0 C beforehand. 3. Heizkörper für mittelbar geheizte Kathoden, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach dem Verfahren gemäß Anspruch ι hergestellte Heizwendel um einen stabförmigen isolierenden Kern gewickelt ist, der aus einem Gemisch von reinem Aluminiumoxyd mit Mehlkleister besteht und bei etwa 18000C in einer sehr viel Wasserdampf enthaltenden Wasserstoffatmosphäre gesintert ist.3. Heater for indirectly heated cathodes, characterized in that a heating coil produced by the method according to claim ι is wound around a rod-shaped insulating core which consists of a mixture of pure aluminum oxide with flour paste and at about 1800 0 C in a lot of water vapor containing hydrogen atmosphere is sintered. m-.pi r-T. r.KiHir οκτ itf der iir:n:nsDiu γκπιιπι m-.pi r- T. r.KiHir οκτ itf the iir: n: nsDiu γκπιιπι
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